ارزیابی عملکرد هیدرولیکی یک نوع میکروتوربین آبی عمود محور برای استفاده در شبکه آب‌رسانی فشار متوسط

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک بیوسیستم، انرژی‌های تجدیدپذیر، پردیس ابوریحان دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی آبیاری، سازه‌های آبی، پردیس ابوریحان دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 استادیار، گروه فنی کشاورزی، مهندسی مکانیک بیوسیستم، پردیس ابوریحان دانشگاه تهران، تهران، ایران

4 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آبیاری، سازه‌های آبی، پردیس ابوریحان دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

یکی از قدیمی‌ترین روش‌های تولید انرژی الکتریکی، استفاده از انرژی نهفته در آب جاری است که برای دستیابی به این هدف از یک توربین آبی استفاده می‌شود. این انرژی یکی از ‌مهم‌ترین منابع انرژی‌ تجدیدپذیر محسوب می‌شود که در سال‌های اخیر توجه بسیاری از پژوهشگران را به‌خود جلب کرده است. در این پژوهش به ارزیابی آزمایشگاهی عملکرد هیدرولیکی یک نوع میکروتوربین آبی برای تبدیل فشار اضافی موجود در شبکه‌های آب‌رسانی فشار متوسط به انرژی الکتریکی قابل‌استفاده برای حسگرها و یا تجهیزاتی مانند فلومترها، فشار‌سنج‌ها و سیستم‌های نشت‌یاب که به‌منظور مدیریت مصرف انرژی و هوشمندسازی شبکه‌های آب‌رسانی استفاده می‌شوند، پرداخته شد. برای این منظور طی سه سناریوی مختلف، تأثیر پارامترهایی مانند دبی، فشار و زوایای مختلف صفحه هدایت‌کننده جریان بر روی عملکرد میکروتوربین و میزان افت فشار بررسی شد. نتایج نشان داد، بیشترین توان خروجی میکروتوربین 01/59 وات و میزان افت فشار  71/9 متر آب مربوط به ‌زمانی است که دبی ورودی 61/42 مترمکعب بر ساعت است و بازشدگی صفحه هدایت‌کننده جریان 20 درجه است. کم‌ترین میزان توان خروجی 8/0 وات و افت فشار 65/4 متر آب نیز برای حالتی است که دبی ورودی برابر با 46 مترمکعب بر ساعت و از صفحه هدایت‌کننده جریان استفاده نشده است. مقدار ضریب تعیین (R2) برای معادلات توان خروجی میکروتوربین و میزان افت فشار به‌ترتیب به ‌میزان 92/0 و 99/0 محاسبه شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Hydraulic Performance of a Type of Vertical Axis Water Microturbine for Use in Medium Pressure Water Supply Network

نویسندگان [English]

  • Hossein Amjadi 1
  • Jaber Soltani 2
  • Morteza Khashehchi 3
  • Amirhosein Ahmadihaji 4
1 Former Graduate Student, Biosystems Mechanical Engineering, Renewable Energy, Abouraihan Campus, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Assist. Prof., Dept. of Civil Engineering, Campus of Abouraihan University of Tehran, Tehran, Iran
3 . Assist. Prof., Dept. of Mechanical Engineering, Campus of Abouraihan University of Tehran, Tehran, Iran
4 Former Graduate Student, Irrigation Engineering, Hydraulic Structures, Campus of Abouraihan University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

One of the oldest methods of producing electrical energy is the use of latent energy in running water, which uses a water turbine to achieve this. It is one of the most important sources of renewable energy and has attracted the attention of many researchers in recent years. In this study, laboratory evaluation of hydraulic performance of a type of water microturbine to convert excess pressure in medium pressure water supply networks into electrical energy usable for sensors or equipment such as flow meters, pressure meters, leak detectors, etc., used to manage energy consumption and intelligent water supply networks is investigated. For this purpose, in three different scenarios, the effect of parameters such as flow rate, pressure and different angles of the guide vane on the microturbine performance and pressure drop was investigated. The results showed that the highest microturbine output power (59.01 watts) and pressure drop rate (9.71 meters H2O) were obtained when the inlet discharge was 42.61 m3/hr and the opening guide vane was 20 degrees. It also has the lowest output power (0.8 watts) and pressure drop rate (4.65 meters H2O) for a flow rate of 46 m3/hr without the guide vane. The coefficient of determination (R2) for the equations of microturbine output power and pressure drop was calculated to be 0.92 and 0.99, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electric Energy
  • Water supply network
  • Excess Pressure
  • hydraulic performance
  • Hydro Microturbine
Ahmadihaji, A.H. 2019. Evaluation of hydraulic performance and extract relations of small water turbines in water supply network. Master's thesis. Irrigation and drainage department. Abouraihan campus. University of Tehran, Tehran, Iran. (In Persian)
Amjadi, H. 2019. Design and hydrodynamic simulation of water microturbine for use in medium pressure water supply network. Master's thesis agro-technology department. Abouraihan campus. University of Tehran, Tehran, Iran. (In Persian)
Ahmadi, M. & Aalami, H. 2012. Analyzing the status of renewable energy in Iran and the world and investment opportunities, Proceedings of the 2nd National Wind and Solar Energy Conference, 3-4. 2012. Tehran, Iran. (In Persian)
Bakhshi, Y. & Roshan, M. 2016. Electricity generation from drinking water transmission line by installing water microturbine for residential homes, case study (Lahijan Azarbayjan water supply transmission line). International Congress on Modern Sustainable Development in Architecture, Urban Development, Civil Engineering and Building Engineering, Center of Industry and Construction, Istanbul, Turkey. (In Persian)
Casini, M. 2015. Harvesting energy from in-pipe hydro systems at urban and building scale. International Journal of Smart Grid and Clean Energy, 4, 316-327.
Chen, J., Yang, H. X., Liu, C. P., Lau, C. H. & Lo, M. 2013. A novel vertical axis water turbine for power generation from water pipelines. Energy, 54, 184-193.
Coelho, B. & Andrade-Campos, A. 2014. Efficiency achievement in water supply systems-a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 30, 59-84.
Du, J., Yang, H., Shen, Z., & Chen, J. 2017. Micro hydro power generation from water supply system in high rise buildings using pump as turbines. Energy, 137, 431-440.
Fraenkel, P. 1999. Flowing too slowly performance and potential of hydro. Renewable Energy World, 2, 50-54.
Ghaisari, M. H. 2011. Energy biogas in waste, Proceedings of the 2nd Iranian Bioenergy Conference, Tehran, Iran. (In Persian)
Li, H., Zhou, D., Martinez, J. J., Deng, Z. D., Johnson, K. I. & Westman, M. P. 2019. Design and performance of composite runner blades for ultra low head turbines. Renewable Energy, 132, 1280-1289.
Ma, T., Yang, H., Guo, X., Lou, C., Shen, Z., Chen, J., & Du, J. 2018. Development of inline hydroelectric generation system from municipal water pipelines. Energy, 144, 535-548.
Mohammadi, A. & Voshtani, M. 2015. Feasibility of installing small hydroelectric power plants on Tehran water supply network, Proceedings of the 2nd Iranian National Conference on Energy and Sustainable Development, Takestan, Qazvin, Iran. (In Persian)
Nourbakhsh, A. 2005. Turbomachinery, University of Tehran Publications. Tehran, Iran. (In Persian)
Penche, C. 2004. Guide on how to develop a small hydropower plant. European Small Hydropower Association. ESHA Pub., Belgium.
Rittmann, B. E. 2008. Opportunities for renewable bioenergy using microorganisms. Biotechnology and Bioengineering, 100(2), 203-212.
Saftner, D. A., Hryciw, R. D., Green, R. A., Lynch, J. P. & Michalowski, R. L. 2008. The use of wireless sensors in geotechnical field applications. In Proceedings of the 15th annual Great Lakes geotechnical/geo environmental conference, Indianpolis, Indiana, USA.
Samora, I., Manso, P., Franca, M. J., Schleiss, A. J. & Ramos, H. M. 2016. Energy recovery using micro-hydropower technology in water supply systems: the case study of the city of Fribourg. Water, 8(8), 344.
Sarkar, P., Sharma, B. & Malik, U. 2014. Energy generation from grey water in high raised buildings: the case of India. Renewable Energy, 69, 284-289.
Taebi, A. & Chamani, M. 2018. Urban water distribution networks. Isfahan University of Technology Publications, Isfahan, Iran. (In Persian)
Yaakob, O., Ahmed, Y. M., Elbatran, A. & Shabara, H. 2014. A review on micro hydro gravitational vortex power and turbine systems. Journal Technologi, 69, 1-7.
Zhou, G., Huang, L., Li, W. & Zhu, Z. 2014. Harvesting ambient environmental energy for wireless sensor networks: a survey. Journal of Sensors, 42(8), 442-462.